Por Chris Deziel
Atualizado em 24 de março de 2022

RTimages/iStock/GettyImages

Os compostos orgânicos – aqueles que formam a química da vida – são definidos pela presença de carbono. Sendo o sexto elemento mais abundante no Universo e sexto na tabela periódica, a estrutura eletrónica única do carbono confere-lhe uma versatilidade incomparável. Seus dois elétrons da camada interna e quatro elétrons da camada externa permitem formar quatro fortes ligações covalentes, uma propriedade que permite a montagem de moléculas vastas e estáveis, mesmo em ambientes aquosos. Isto torna o carbono indispensável não só para a biologia da Terra, mas também para qualquer vida que possa existir noutros lugares.

TL;DR

Os quatro eletrões de valência do carbono permitem-lhe formar ligações covalentes diversas e robustas, criando moléculas que permanecem intactas na água. Quase 10 milhões de compostos de carbono únicos foram catalogados, sustentando todos os sistemas vivos.

O papel da valência na estabilidade química

Os átomos lutam por um octeto – oito elétrons em sua camada externa – por meio de ligações iônicas ou covalentes. O carbono, com seus quatro elétrons de valência, pode doar e aceitar elétrons, formando até quatro ligações covalentes simultaneamente. Essa flexibilidade é ilustrada pelo metano (CH₄), onde cada hidrogênio compartilha um par de elétrons com o carbono, atendendo aos requisitos do octeto de ambos os átomos.

Construindo macromoléculas desde o início

Quando dois átomos de carbono compartilham um único par de elétrons, eles criam uma ligação forte com três locais de ligação restantes cada. Adicionar mais átomos de carbono expande a rede rapidamente, produzindo cadeias lineares, anéis ou estruturas policíclicas complexas. As possibilidades combinatórias são vastas, explicando por que os químicos identificaram quase 10 milhões de moléculas distintas baseadas em carbono. Entre os mais vitais para a vida estão os carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos – o mais famoso é o DNA.

Por que o silício não ocupa o lugar do carbono

O silício, logo abaixo do carbono na tabela periódica, é 135 vezes mais abundante na Terra e também possui quatro elétrons na camada externa. No entanto, os elétrons de valência do silício residem no terceiro orbital, que pode acomodar até 18 elétrons, resultando em ligações mais longas e mais fracas. Consequentemente, as ligações silício-silício são menos robustas do que as ligações carbono-carbono a temperaturas favoráveis ​​à vida, e os compostos à base de silício dissolvem-se ou decompõem-se frequentemente na água. Além disso, o dióxido de silício é um sólido, pelo que qualquer metabolismo baseado no silício teria de expelir resíduos sólidos – um resultado evolutivo improvável. Esses fatores, combinados com a prevalência de oxigênio e a necessidade de CO₂ gasoso para os ciclos energéticos, favorecem o carbono como a química da vida.